본 연구에서는 수중발파에서 발생하는 과압, 충격량, 진동의 전파 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 육상에서의 발파와 비교하여 수중발파에서의 소음 및 진동의 전파 특성은 주로 물을 매개체로 하여 전파되는 차이를 가지고 있으며, 경우에 따라 다양한 매질(암반, 물, 공기 등)을 통과하면서 전파양상이 변화하는 특성도 지니고 있다. 본 연구에서는 AUTODYN을 이용하여 수중에서의 발파과정을 모사하고 발파로부터 생성된 과압, 충격량, 발파진동의 전파 특성에 대하여 분석하였다. 특히 메쉬크기가 수중발파해석으로부터 획득되는 과압, 충격량, 최대입자속도에 미치는 영향을 중점적으로 평가하였다. 전체적으로 과압과 최대입자속도는 메쉬의 크기가 증가함에 따라 감소하는 경향성을 나타내었고, 충격량은 메쉬의 크기와 함께 증가하는 경향을 보였다. 또한 본 연구의 결과로부터 메쉬 크기에 대한 의존성은 장약량과 환산거리에 따라서도 다르게 나타날 수 있다는 것을 확인하였다.
도심지나 보안건물과 근접한 곳에서 폭약을 사용하는 발파작업이 수행되는 경우 지반진동 및 소음의 영향을 최소화 시킬 필요가 있다. 이러한 지반진동과 소음은 암반의 천공내에 장전된 폭약이 기폭되며 주변 암반을 파괴하고 남은 일부 충격에너지에 의하여 발생된다. 최근 천공 내 U형 철재장약홀더를 삽입하여 충격파의 전파방향을 제어하여 자유면방향으로 파쇄효과를 유지하며 암반 내로 전파하는 충격진동을 감쇄시키는 발파 공법이 제안되었다. 본 연구에서는 U형 철재장약홀더를 적용한 암반발파에서 충격파의 전파특성을 파악하기 위하여, AUTODYN 소프트웨어를 이용하여 장약홀더 내 장전된 폭약의 폭굉을 모사하고 주변암반에 전달된 충격파를 측정하였다. 또한 장약홀더 발파의 암파쇄 효과를 파악하기 위하여 동적파괴과정해석코드인 DFPA(Dynamic Fracture Process Analysis)를 적용하여 장약홀더를 이용한 장약조건을 고려한 2자유면 발파를 모사하였다. 일반발파의 장약조건을 고려한 충격파 발생 및 파괴과정해석을 추가적으로 수행하여 장약홀더의 암파쇄효과를 비교하였다.
도심지 암반터파기 작업시 암반을 파쇄 하는 데 있어서 가장 경제적이고 효율적인 방법으로 폭약을 사용한 발파방법이 주로 사용되고 있는데, 이와 같은 발파방법은 발파에 따른 암반의 파쇄 시 진동 소음의 발생 및 비산 등 발파공해의 발생요인으로 인해 보안물건 주변에서 많은 제약을 받고 있는 실정이며, 폭약을 기폭 시켜 주는 뇌관의 종류 및 방법에 따라 일회 발파공수의 제한, 일회 굴착 깊이 제한 등으로 일일 생산량 감소에 따른 공사기간 증대에도 많은 영향을 미치게 된다. 따라서 본 시공사례는 국내에서 가용할 수 있는 뇌관을 선정하여 응용발파방법이 가능하도록 층상장약방법에 의한 발파패턴을 설계하여 도심지 특수구간에 대한 적용가능성을 평가하였다.
최근 전자뇌관은 다양한 현장에서 폭넓게 사용되어지고 있다. 흔히 전자뇌관은 발파에 의해 발생되는 소음과 진동을 줄이기 위한 목적으로 사용된다. 또한 일반뇌관에 의한 발파작업이 불가능한 지역이나 보안물건이 근접하여 기계식굴착 공법이 적용된 현장에서 정밀한 발파작업을 위해 전자뇌관을 사용하고 있다. 발파현장에서는 전자뇌관을 이용하여 시공성을 높이고 생산원가를 낮추기 위한 다양한 기술이 시도되고 있다. 본 사례는 보안물건이 근접해 있는 지역에서 전자뇌관을 사용하여 보안물건에 대한 허용기준치를 충족시키면서 작업의 효율성을 높인 시공사례를 소개한다. 한화에서 생산하는 하이트로닉II(HiTRONIC II™)를 사용하여 국내 및 해외 수직구 현장에서 작업을 시행하였다. 일반적으로 수직구 현장에서는 발파에 따른 소음과 진동 영향 때문에 굴착면을 분할하여 발파를 시행한다. 그러나, 본 사례에서는 발파 굴착면을 1회에 전단면발파를 실시하였으며 이에 따른 공사기간을 단축시킬 수 있었다.
소단면 철도 단선터널 발파시 보안물건과 근접한 구간에서 진동소음을 줄이기 위하여 심발공법을 다단평행 미진동 전자발파 공법을 적용한 전자발파시시템(EBS)으로 시험발파를 실시하였다. 시험발파결과 진동소음 허용기준대비 진동 23.5%, 소음 75% 수준으로 측정이 되어 전자발파 공법으로 지속적으로 발파를 실시 완료하였으며 또한, 시험발파를 바탕으로 본 시공에서도 공사기간 단축, 공사비 절감, 민원방지 효과를 얻었다.
건설공사에서의 소음 및 진동발생에 대한 민원은 끊임없이 대두되고 있으며, 삶의 질이 향상되어감에 따라 민원의 종류가 다양해지며, 발생빈도 역시 증가되고 있는 현실이다. 현재까지 정립된 발파공해에 대한 방지대책 및 규제기준의 대부분은 육상에서 이루어지는 피해사례를 토대로 연구된 결과물들이다. 하지만 최근들어 공사구간과 인접하여 강, 바다 또는 육상 양식장에서의 수중생물에 대한 피해사례가 증가되고 있는 추세이며, 민원인들이 주장하는 피해액도 수억~수십억에 해당한다. 그러나 이에 따른 규제 및 관리기준 등이 정립되지 않아 분쟁조정에 대한 설득력 있는 결과물이 없다는 것이 문제시 되고 있는 현실이다. 따라서 수중소음의 특성을 명확히 하고, 발파작업에 의한 지반진동과 수중소음의 실측실험을 통해 상관성을 도출하여, 양식장 부근의 발파 작업 시 지반진동계측을 통한 수중소음을 예측하고, 민원을 관리한 사례를 소개하고, 이를 수중소음평가를 위한 하나의 지표로 제시하고자 한다.
This research presents a laboratory study about an annoyance of impulsive sound caused by construction site(breaker and blasting). The sources are sampled from outdoor noise and their levels range from 40 to 75 dB at the interval of 5dB. The noise unit is based on A-weighted sound exposure level (ASEL; $L_{AE}$). To make equal ASEL of outdoor noise, finite impulse response (FIR) filter is applied to the originally sampled source to include the effect of distance attenuation. The evaluation method of jury test adopted a Semantic Difference Method (SDM). In the result of the Jury test for impulsive noise, the annoyance response of blasting noise was higher than that of breaker noise.
고준위폐기물 처분시스템의 거동 실증을 위해 한국원자력연구소내에 추진되고 있는 지하처분연구시설은 고성능 폭약을 이용한 발파 기법에 의해 지하 화강암반내에 건설된다. $6m{\times}6m$ 크기의 터널을 굴착하기 위한 발파에 의한 진동 및 소음이 인접한 연구시설 및 하나로 원자로에 영향을 예측하기 위한 시험 발파가 실시되었다. 시험발파를 통해 얻어진 발파진동식을 이용한 원자력연구소내 주요시설에 대한 발파영향을 평가결과 설계기준에 비해 훨씬 낮은 것으로 파악되었다. 굴착 진행에 따른 소음, 진동값을 측정하였으며 진동값의 경우 발파진동식으로 추정한 값보다 더 낮게 나타났다. 따라서 원자력연구소내 지하에 280m 규모의 처분연구시설을 건설하기 위한 발파작업으로 연구소내 주요 시설에 미칠 영향은 미미할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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